Предисловие

Успехи науки и техники, экономики, а также социальное развитие страны немыслимы без учета уровня качества и надежности разнообразных видов продукции, в том числе таких передовых ее видов, как изделия микро- и наноэлектроники (ИМНЭ), микросистемной техники (МСТ), во многом определяющие научно-технический прогресс в современном мире. Производственные, экономические и правовые отношения предприятий – разработчиков, изготовителей и потребителей продукции – четко регламентируются уровнем качества продукции, оговариваемым в технических заданиях, договорах и т.д. Поэтому вопросам оценки уровня качества и надежности продукции уделяется большое внимание в различных областях науки, техники, организации производства.

Наблюдаемое разнообразие методов и подходов к количественной оценке качества и надежности, как основной составляющей понятия качества, прежде всего объясняется разнообразием самих объектов оценки; многообразием свойств и исходных показателей, характеризующих качество продукции; изменчивостью значимости свойств и показателей в зависимости от целей оценки. Вместе с тем для решения многих научных и практических задач планирования и прогнозирования производства, стандартизации и унификации продукции, анализа и оптимизации показателей качества и надежности и т.п. требуется методическое единство их оценки. И здесь возникают трудности, связанные с тем, что хотя статистическая теория надежности изделий разработана, но теория качества до сих пор отсутствует.

На промышленных предприятиях обычно разрабатывается комплекс нормативно-технических документов (стандартов предприятия – СТП) по оценке уровня качества и надежности продукции, регламентирующих порядок ее выбора в соответствии с требованиями международных стандартов ИСО. В такой комплекс СТП, как правило, входит совокупность методов для оценки параметров качества изделий: статистических, экспертных, динамических, физико-статистических, информационных и др. Предпринимаются попытки применения этих методов для оценки качества выполнения основных этапов создания продукции, начиная от формирования технического задания (ТЗ) на ее разработку и заканчивая результатами эксплуатации серийных образцов. Эти методы и алгоритмы закладываются в комплекс программ машинного проектирования изделий.

Вместе с тем существующие методы оценки имеют ряд недостатков, обусловленных субъективностью выбора коэффициентов весомости показателей, отсутствием обоснованных моделей формирования показателей качества и надежности, недочетами принятых классификационных признаков показателей и отношений между ними.

Знание методов и моделей необходимо разработчикам, конструкторам, технологам, испытателям, контролерам, пользователям для количественной оценки показателей качества и надежности продукции. Их параметры в значительной степени зависят от физико-химических и иных свойств используемых в изделиях материалов, топологий, структур, степени дефектности и энергопотребления. Поэтому методы и модели оценки показателей качества и надежности должны представлять собой систему, адекватно описывающую зависимости анализируемых показателей от структурно-функциональных особенностей изделий. Для построения системы моделей необходимо располагать методологией, ориентирующей исследователей в поиске кратчайших путей установления причинно-следственных зависимостей общих показателей от частных и конкретных показателей и свойств. Таким образом, возникает необходимость теоретической разработки единого методического подхода, общей модели оценки уровня надежности и качества.

В данном учебнике предложен обобщенный подход к оценке надежности и качества изделий, из которого логически вытекают принципы классификации исходных показателей и соотношения между ними. Разработанные на основе обобщенного подхода классификационные группы и количественные модели применены для анализа надежности целого ряда изделий.

Обобщенный подход к оценке надежности и качества представляет практический интерес для систематизации используемых для этих целей моделей и методов. Предложенная классификация исходных показателей надежности и качества сводит все множество измеряемых и наблюдаемых показателей к совокупности физических величин, согласованных с системой СИ, что исключает необходимость создания дополнительной метрики при оценке как частных (исходных), так и обобщенных показателей.

В настоящее время применяются разнообразные модели оценки разнородных показателей продукции, характеризующих входные, внутренние и выходные ее параметры. Предложенная классификация всего множества моделей группирует их в соответствии с установленными и используемыми на практике естественными законами. Разработанная схема систематизации моделей согласуется с общей теорией классификации и вместе с тем дополняет и конкретизирует ее применительно к решению задач оценки качества и надежности. Так, в процессе разработки моделей показано, что динамические, статистические и другие модели хорошо согласуются с предложенными методами классификации отношений между показателями надежности и качества.

В учебнике достаточно подробно рассмотрены следующие вопросы:

• теоретическое обоснование единства методологии – общий метод (мегамодель) оценки качества и надежности;

• систематизация показателей и отношений между ними;

• система моделей для анализа надежности компонентов;

• специальные модели для количественной оценки и прогнозирования показателей надежности;

• модели расчета показателей надежности сложных систем, в том числе с использованием программных продуктов Relex и Prognoz,

• организационно-технические, информационные и технологические компьютерно-интегрированные методы обеспечения качества и надежности;

• гипотетические теории надежности и качества.

В результате изучения учебника студенты должны:

знать

• термины и определения надежности, относящиеся к понятиям неисправностей, дефектов и отказов, временны́м понятиям, показателям безотказности, долговечности, ремонтопригодности;

• методы расчета надежности невосстанавливаемых и восстанавливаемых элементов и систем;

• виды воздействий факторов внешней среды эксплуатации – температуры, влаги, механических, электрических, химических, электромагнитных, радиационных и др.;

• понятия структурной надежности;

уметь

• использовать методы математической статистики при обработке результатов испытаний на надежность;

• проверять статистические гипотезы критериев согласия;

• обосновывать выбор методов, параметров и планов испытаний;

владеть

• методикой расчета основных показателей надежности;

• методами оценки показателей надежности сложных систем;

• основными методами и методиками анализа результатов испытаний.

Кроме теоретического материала, представленного в главах учебника, он содержит ряд приложений. В приложении 1 представлена программа обеспечения надежности для одного из современных изделий – преобразователя линейного ускорения (ПЛУ) микроэлектромеханического АЕСН.431 (микроакселерометра), и результаты выполнения двух важнейших пунктов ПОН, а именно оценки технологичности ПЛУ и расчета надежности для этого прибора. Эти материалы могут служить образцами для читателей данной книги, столкнувшимися с необходимостью разработки подобных документов.

В приложениях 2 и 3 даны соответственно оценка технологичности и расчет надежности для данного ПЛУ.

В приложении 4 дан учебный пример комплексного исследования и оценки показателей надежности ПЛУ. Изложены подход и алгоритм исследования, получены и прокомментированы достаточно интересные результаты.

В приложении 5 приведены основные термины, понятия и определения, использованные в данном учебнике, знание которых, как правило, предполагается, но авторы посчитали оправданным и целесообразным привести их выверенные формулировки, которые, несомненно, пригодятся читателям.

В приложении 6 приведены некоторые статистические таблицы, значения из которых используются при решении приводимых в учебнике примеров.

Книга рекомендуется в качестве учебника для студентов академического бакалавриата по техническим и экономическим специальностям, обучающихся по направлениям подготовки "Конструирование и технология электронных средств", "Электроника и микроэлектроника", "Электроника и наноэлектроника", "Проектирование и технология электронных средств", "Радиотехника", "Управление качеством", "Информатика и вычислительная техника", "Биомедицинские системы и технологии", "Телекоммуникации", "Автоматизация и управление", "Биотехнические и медицинские аппараты и системы", "Менеджмент", "Маркетинг", "Электронное машиностроение", а также другим направлениям, связанным с разработкой и созданием объектов (изделий) различного назначения.

Авторы выражают искреннюю благодарность доценту Национального исследовательского университета "МИЭТ" Алисе Викторовне Заводян, прекрасному человеку, ученому и педагогу, к сожалению, рано ушедшему из жизни, но сделавшему многое для создания этой книги.